一种石墨烯前驱体浆料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯前驱体浆料的制备方法及其应用，其中，制备方法包括以下步骤：S1：将偶氮二甲酰胺溶液泡沫化后与碳源溶液混合；S2：将步骤S1中混合后的产物研磨。本发明专利技术的石墨烯前驱体浆料制备得到的石墨烯具有形貌均一，分散性好，层数可控的特性。层数可控的特性。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯前驱体浆料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种石墨烯前驱体浆料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]石墨烯的单层厚度仅为0.335nm，热导率为5000W/(m
·
K)，尤其是室温下电子迁移率高达200000cm2/(V
·
s)，高出石墨两个数量级。由于石墨烯具有如此优异的性能，在石墨负极材料包覆过程中通常会使用石墨烯包覆石墨以提高其电性能。
[0003]目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法，化学剥离法、气相沉积法。其中机械剥离法主要有微机械剥离和化学剥离，微机械剥离是最早用来成功分离出单层石墨烯的方法，主要是借助粘性胶带与石墨片层之间的物理结合力进行剥离，优点是简单容易行，缺点是产量较小，仅能满足基础特性研究。化学剥离法是借助特定的原子或分子团簇插层到石墨层间，扩张石墨层间距，弱化石墨片层之间的范德华力，然后在溶剂中借助外力如超声波进行剥离，再去除插层基团，经后处理如还原后得到石墨烯，该方法产量较大，已成为目前石墨烯制备和应用的主要手段，能够基本满足工业化应用要求，但其合成过程具有不可控制的缺点，产物厚度分布极不均匀，尽管利用化学还原和高温热处理能够去除大部分引入的插层基团，但仍不能保持石墨烯共轭结构的完整性。
[0004]因此提供一种层数可控，形貌均匀的石墨烯的合成方法是目前的当务之急。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种石墨烯前驱体浆料的制备方法及其应用，能够制备得到层数可控且质量稳定的石墨烯。
[0006]本专利技术还提出一种石墨烯，所述石墨烯的制备原料包括上述的制备方法制成的石墨烯前驱体浆料。
[0007]本专利技术还提出一种石墨烯的制备方法，所述石墨烯的制备方法包括将所述石墨烯前驱体浆料热处理，所述热处理的温度为1000
‑
1500℃。
[0008]根据本专利技术的第一方面实施例的一种石墨烯前驱体浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1：将偶氮二甲酰胺泡沫化后与碳源混合；
[0010]S2：将步骤S1中混合后的产物研磨。
[0011]本专利技术机理如下：
[0012]将偶氮二甲酰胺溶液预先泡沫化，然后碳源与预先泡沫化产生的气泡均匀混合，形成稳定的细小气泡的泡沫体；在混合过程中，偶氮二甲酰胺分子上极性基团能够作用于碳源，非极性基团作用于气泡，从而在气泡周围就形成了一层薄膜包住气泡，形成稳定的由连续相和分散相构成的胶体系统，保证了石墨烯产品的一致性。偶氮二甲酰胺分子中的
‑
NH2和
‑
N＝N
‑
基团有效提供氮原子掺杂石墨烯并修复石墨烯的缺陷，提高石墨烯的有序度。
[0013]根据本专利技术第一方面实施例，至少具有如下有益效果：
[0014]1.预先泡沫化过程中，气泡产生时能在每个气泡周围产生一层薄膜把气体围住，形成稳定的气泡体。由于偶氮二甲酰胺分子属于异极性分子，含有极性基团C＝O、
‑
NH2和非极性基团
‑
N＝N
‑
，极性基团亲水与水中碳源溶液作用，非极性基团亲气，使得偶氮二甲酰胺分子在水气界面定向排列来降低水的表面张力，从而形成稳定的由液体和碳源溶液构成的连续相和由气泡构成的分散相组成的胶体系统，保证石墨烯产品的均匀性。
[0015]2.偶氮二甲酰胺分子中氮原子和碳原子参与了表面碳原子的重排，对石墨烯表面共轭电子结构和表面缺陷位点进行了修复。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述偶氮二甲酰胺溶液的质量浓度为0.5
‑
1％。
[0017]上述质量浓度下的偶氮二甲酰胺溶液，可以保证后续形成的偶氮二甲酰胺气泡的体积浓度适宜，形成不太流动的浓厚而稳实的泡沫体，保证后续石墨烯的制备。避免了因浓度低，形成的偶氮二甲酰胺气泡体呈流体状态，浓度高，偶氮二甲酰胺气泡体体积浓度增大，泡沫体趋向稠密从而导致气泡体呈假固体性状，影响后续操作。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述碳源溶液包括柠檬酸溶液，所述柠檬酸溶液的质量浓度为40
‑
70％。
[0019]上述质量浓度范围内的柠檬酸溶液保证了石墨烯收率的同时避免柠檬酸因质量浓度过高而导致流动性变差，从而影响后续的石墨烯制备。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述偶氮二甲酰胺溶液与所述柠檬酸溶液的摩尔比为1：3
‑
7。
[0021]上述摩尔比下保证了柠檬酸与预先泡沫化产生的气泡均匀混合，形成稳定的细小气泡的泡沫体，从而形成稳定的由连续相和分散相构成的胶体系统，保证石墨烯产品的均匀性。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述混合的压力为0.3
‑
0.5MPa，所述压力为高于标准大气压的值。
[0023]上述范围内的压力，避免了因压力太大，气泡量过多，压力太小，气泡量偏小，从而影响生成的石墨烯的品质。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述混合在充气设备中进行。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述柠檬酸溶液输入所述充气设备的速度为1
‑
10g/s。
[0026]上述输入的速度可以保证柠檬酸与预先泡沫化产生的气泡均匀混合，形成稳定的细小气泡的泡沫体，形成稳定的由液体和柠檬酸分子构成的连续相和由气泡构成的分散相组成的胶体系统，保证石墨烯产品的均匀性。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述偶氮二甲酰胺溶液输入所述充气设备的速度为1
‑
10g/s。
[0028]上述输入的速度可以保证偶氮二甲酰胺溶液形成不太流动的浓厚而稳实的泡沫体，与柠檬酸均匀混合，形成稳定的细小气泡的泡沫体，进而保证后续石墨烯产品的均匀性。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，所述充气设备的充气方式包括分批压力充气和连续压力充气中的一种。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，所述混合包括搅拌混合。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述搅拌混合的转速为500
‑
1200rpm。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，所述混合的时间为30
‑
60min。
[0033]根据本专利技术的一些实施例，所述制备方法还包括在所述混合的过程中加入含磷掺杂物、含硼掺杂物和含硫掺杂物中的至少一种。
[0034]掺杂上述元素能为石墨烯制造更多的缺陷，从而提升包覆后的石墨材料快充能力。
[0035]根据本专利技术的一些实施例，所述掺杂物与步骤S1中所述混合后混合物的质量比为0.001
‑
0.01：1。
[0036]根据本专利技术的一些实施例，所述混合后还包括冷却。
[0037]根据本专利技术的一些实施例，所述冷凝的温度为5
‑
10℃。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯前驱体浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将偶氮二甲酰胺溶液泡沫化后与碳源溶液混合；S2：将步骤S1中混合后的产物研磨。2.根据权利要求1所述的石墨烯前驱体浆料的制备方法，其特征在于，所述碳源溶液包括柠檬酸溶液，所述偶氮二甲酰胺与所述柠檬酸的摩尔比为1：3
‑
7。3.根据权利要求1所述的石墨烯前驱体浆料的制备方法，其特征在于，所述混合的压力为0.3
‑
0.5MPa。4.根据权利要求1至3任一项所述的石墨烯前驱体浆料的制备方法，其特征在于，所述混合在充气设备中进行。5.根据权利要求4所述的石墨烯前驱体浆料的制备方法，其特征在于，所述碳源溶液输入所述充气设备的速度为1
‑
10g/s。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王双才，杨秀丽，朱冠华，聂宏达，罗刚，
申请(专利权)人：湖南镕锂新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：